一种用于非定常稀薄流直接模拟蒙特卡洛的精确移动壁面边界算法
计算物理
2021-09-29 v3
摘要
为提高直接模拟蒙特卡洛（DSMC）框架内模拟非定常稀薄流时粒子与移动壁面碰撞的预测精度，提出了一种精确算法。该算法通过去除近似算法所采用的“碰撞期间壁面静止”的假设，能够以耦合方式预测粒子-壁面碰撞。粒子轨迹方程在运动物体坐标系中从理论上建立，可准确描述粒子与任意形状物体之间的碰撞几何，该物体的运动包含平移和旋转，从而可处理复杂问题。相比之下，近似算法忽略碰撞期间移动壁面对粒子运动的影响，因此产生的误差是壁面速度的增函数。应用四个稀薄流问题验证该精确算法。结果表明，该算法能产生与麦克斯韦理论解完全一致的结果，并确保粒子守恒以避免气体泄漏。在一个再入舱的三维算例中还表明，定常模拟无法再现迟滞效应，而采用精确算法的非定常模拟可以做到，说明在此类应用中本质上需要使用如本文所提出的适当算法的非定常模拟。
引用
@article{arxiv.1911.07096,
title = {An accurate moving wall boundary algorithm for Direct Simulation of Monte Carlo in unsteady rarefied flow},
author = {He Zhang and Fanli Shan and Hong Fang and Xing Zhang and Jun Zhang and Jinghua Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.07096},
year = {2021}
}